电解铜箔制造过程及其生产原理(二)来源：PCB资源网作者：PCB资源网发布时间：2008-09-08 发表评论(三)原箔制造原箔制造是电解铜生产的一道关键工序，原箔就是成品电解铜的半成品，它决定了电解铜箔的大部分质量性能。

如铜箔致密度、抗拉强度、延伸率、铜纯度、质量电阻率、针孔渗透点等指标，而且还在很大程度上决定了后道工序表面处理质量的好坏，也是对上道工序电解液制备系统先进性和可靠性的检验。

1.原筒制造的基本过程原箔制造过程即是一种电解过程。

它是在一种专用电解设备中完成的。

它一般采用由专用铁材制作的铁质表面辐筒作为阴极辘，以含银1% 优质铅银合金(或者采用特殊涂层铁板)作为阳极，在阴阳极之间加入硫酸铜电解液，在直流电作用下，阴极辑上便有金属铜析出。

随着阴极辑的不断转动，铜不断地在辑面上析出，而不断地将析出的金属铜从辑面上剥离，再经水洗、烘干，缠绕成卷，这就形成了原筒。

调节不同的阴极辐转速，就生产出不同厚度的原筒。

2. 原宿制造主要工艺参数作为原箔制造过程中，各生产厂家采用的设备特别是阴极辑区别较大，工艺条件也有很大区别，因此，作为原宿制造的主要工艺参数也就有很大的区别，表5-1-7 列出几组有代表性的工艺参数供参考。

由此可以看出，各厂家工艺参数区别相当大，这是正常的。

但各参数之间都有一定的匹配关系，每个工艺参数的选择及其相互间的匹配关系，决定了原箔的质量优劣。

因此，各厂家也在不断地探索合适的工艺参数组合，以寻求最佳的质量和最高的生产效率。

3. 原宿制造的辅助条件作为原筒制造所要求的辅助条件，除了电解液制备及供给外，还需要具备直流供电，阴极辐研磨及电解槽引风、添加剂加入等条件。

(1)直流供电目前原宿制造所用直流电属于大电流低电压直流电，一般在1 000~50000A。

它由一套变压整流设备来提供。

而对制筒机供电的方式有两种:一种是多机串联供电，一种是单机供电，两种供电方式各有优缺点，但目前比较倾向于单机供电，因为它有利于单机操作及单机产品质量调整。

(2) 添加剂加入电解铜锚的一些特性，如抗拉强度、延伸率、毛面粗糙度、质量电阻率等指标在很大程度上取决于原锚的质量，而要使上述性能达到优良，除了必须供给高纯度的电解液外，还必须向电解液中加入必要的添加剂，如明胶、骨胶、硫服、聚乙烯醇、淀粉以及一些阴离子和金属盐类等。

一般只加入其中的一种或几种。

添加剂的加入方式有两种:一种是直接加入到电解液循环的整体系统中，称为系统加入法;另一种是在电解液进入制宿机前的管道中加入，称为单机加入法。

相比之下，单机加入法更好些，但无论采取哪种方式添加，都必须做到添加剂与电解液要充分均匀地温合。

(3)电解槽引风电解铜锚的生产，对环境的要求是非常严格的，除了对生产空间进行空气净化，调节温度湿度外，还必须对制借机电解槽进行良好的引风，以便使制循机在生产过程挥发的含有酸雾的气体不排人生产环境空间内，而直接被抽走。

被抽走的含酸气体，要经过酸雾净化设备分离出硫酸，使气体净化后再排入大气.(4) 阴极辑研磨阴极辑的表面质量直接影响电解铜宿光面质量及视觉效果，其研磨技术已成为电解铜筒生产的关键莓术之一。

在阴极辘研磨这个问题上，各生产厂家所采用的工艺方法很多，区别也很多，但总的来说，所使用的研磨材料有:各规格砂纸(布)、尼龙轮、尼龙刷轮、PYA 轮、研磨绒片、研磨绒盘、绒砂轮、绒片刷等。

每个厂家都根据研磨工艺选用不同的研磨材料。

阴极辑研磨可分为下线研磨抛光和在线抛光，所谓下线研磨抛光就针对新辑、外表有划伤等缺陷的辑及在线生产使用时间较长表面发生变化较大的情况，在专用设备上，对阴极辑进行一系列研磨及抛光的过程，在线抛光就是将抛光装置安装在制描机上，阴极辐每生产使用一段时间就对阴极辘辘面进行抛光，这样有利于减少阴极辐装卸次数，提高生产效率。

4. 原筒制造的基本原理原宿制造采用硫酸铜水溶液作为电解液，其主要成分有Cu2 + 、H+ 及少量的其他金属阳离子和OH- 、S042 - 等阴离子。

在直流电的作用下，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，阳极一般采用不溶阳极(铅银合金或涂层铁板等)。

由于各种离子的析出电位不同，其成分含量差别较大。

在阴极上，Cu2 + 得到2 个电子还原成Cu ，在阴极辐面上电化结晶，电极反应如下:Cu2 + + 2e ==Cu在阴极上OH 放电后生成氧气和H\ 即: 20H- -2e 一→2H+ +02 ，所以说整个过程还是一个造酸过程。

因为氧气跑掉，H\S042 - 结合形成硫酸，即: 2H+ +SO42→H2 S04 。

总反应为:这样电解液经过该电解过程后，其Cu2 + 含量不断降低，H2 S04 含量不断升高，该过程正好与溶铜过程相反，溶铜过程是使电解液中Cu2 + 含量不断升高，H2 S04 含量不断降低，由此，电解液的循环经过溶铜、电解两个过程来不断维持其中的Cu2 + 和H2 S04 含量得以平衡。

在电解过程中，CU2 + 不断得到电子在阴极辐面上电化结晶，形成原筒，控制各种工艺参数，合理调整阴极辐转速，就能得到不同厚度的铜筒。

对铜箔生产来说，电结晶过程的好坏直接影响到铜箔结晶组织形态，关系到产品的化学成分、电性能、机械性能等。

整个电解过程都遵循于电化学原理的法拉第定律、离子迁移理论、电极过程动力学及扩散动力学等。

(四)铜箔表面处理表面处理是铜箔生产的一个重要环节，它包括对铜箔进行粗化层处理、耐热层处理及防氧化层处理等。

其中前二者是在原箔毛面上进行的，而防氧化层处理则是在原循两面上进行，三个方面处理则在同一台表面处理机上分步骤连续完成。

1.表面处理一般工艺过程目前国内外各铜箔生产企业所采用的铜锚表面处理工艺区别相当大，工艺流程不同，工艺参数也不同，但是应该说都包含粗化、耐热、防氧化三种处理。

一般来说，铜箔表面处理的工艺过程可以归纳为:原箔-预处理-粗化-固化-电镀异种金属-防氧化-涂膜-烘干-表面处理铜箔2. 预处理预处理是指对原箔表面进行的清洗，去除氧化及对表面进行浸蚀的过程，原锢在制箱机生产后有较短的存放过程，表面很容易产生氧化层，这是在进行粗化处理前必须去除的。

另外，某些处理(如对原筒光面进行粗化处理)前，须要对其表面进行必要的浸蚀处理。

这些都需要对原宿进行预处理，预处理一般采用硫酸、双氧水等水溶液或其混合水溶液。

3. 粗化层处理为使铜箔与基材之间具有更强的结合力，需要对原筒的毛面(与基材结合面)进行粗化层处理，它包括粗化和固化两个过程。

在粗化层处理过程中，需要使电解液控制较低的含铜量及较高的含酸量，通过电解作用，在铜箔毛面(阴极)发生铜沉积，在表面形成牢固的粒状和树枝状结晶并且有较高展开度的粗糙面，达到高比表面积，这就加强了树脂(基材上的树脂或铜箔粘合剂树脂)渗入的附着嵌合力，还可增加铜与树脂的化学亲和力。

一般的粗化处理都采用酸性电解工艺方式，即原馆为阴极，在硫酸铜的电解液中进行几次电沉积，通过控制不同的工艺条件(电解液浓度不同，电流密度不同)来对铜箔表面进行粗化及固化处理，使铜筒表面生产松散的瘤体，然后进行固化，使粗化瘤体被正常的铜镀层所包围及加固，使粗化层与铜锢基体结合牢固，形成最终的粗化层。

对于电解铜箔来说，铜箔厚度不同以及使用用途的不同，均要求铜箔表面粗化层也不同，有的需要高峰值粗化层，有的需要低峰值粗化层，这就要求铜箔生产过程需要采用不同工艺条件的表面粗化工艺来实现。

4. 耐热层处理耐热层处理的主要目的是为了提高铜宿压制覆铜板及多层板后的耐热性及高温抗剥强度。

这是因为电路板在整机元器件装配焊接时，由于受到高温影响，其树脂中的固化剂双氧胶容易裂解产生股类物，它与裸铜表面相接触，将发生反应而可能出现水分，进而汽化，引起气泡产生，使铜宿与基板分离。

铜箔的耐热层处理一般采用电镀其他金属的办法，也就是在铜箔粗化层面上再镀一层其他金属，使铜表面不与基材直接接触，避免问题出现。

目前所镀金属一般有:镀一层锌，颜色为灰色，称为灰化处理，此种铜箔叫做镀锌铜箔;镀一层铜锌合金，即黄铜，颜色呈黄色，称为黄化处理，此种铜于自称为镀黄铜铜筒;镀一层镍，颜色为黑色，称为黑化处理，此种铜叫做镀镍铜箔。

耐热层处理不但可以阻挡股类物对铜箔表面的攻击，而且有助于增加铜箔与基材的化学亲和力，进而提高抗剥强度。

5. 防氧化处理铜箔在贮存、运输及压板生产过程中，常会遇到一定湿度的空气及较高的温度，很容易使铜箔表面发生氧化变色，它会影响铜面的可焊性及对油墨的亲合性，并且引起铜箔厚度的微小变化及氧化层的产生，导致线路电阻增大，因此在铜箔生产过程中，要对铜箔表面进行防氧化处理(有时也称钝化处理，稳定性处理)。

常见的防氧化处理有采用酸性工艺的，也有采用碱性工艺的。

所谓酸性工艺就是所用溶液呈酸性，而碱性工艺的溶液则呈碱性，都是使铜箔作为阴极，通直流电，使得在铜箔表面形成以钵、铅为主体的结构复杂的防氧化膜，以使铜箔不直接与空气接触，达到防氧化目的。

6 表面处理过程中的其他工艺及条件(1)涂膜工艺目前在某些铜箔生产过程中，在对铜筒进行粗化层处理、耐热层处理及防氧化层处理后，还要进行涂膜处理，它是一种有机膜，其作用有两个:一是进一步提高防氧化能力;二是有利于进一步提，高铜箔与基材结合力。

(2) 水洗表面处理是一个复杂的多种工艺过程，也是一个连续的生产工艺过程，在各步处理过程中都要有水洗过程，以清除表面附带的电解液。

对所用的水要求很高，一般均采用离子交换水处理方式。

它是采用离子交换树脂，便离子交换树脂中和水溶液中可交换离子之间发生符合等物质量规则的可逆性交换，使水中离子去除而离子交换树脂的结构并不发生实质性变化的一种水处理方式。

对于铜箔漂洗用水和电解液制备用水一般要求电导率应小于10μs/cm 。

(3) 烘干烘干是表面处理过程的最后一道必不可少的工序，它的目的是烘干去除铜箔表面的水分，防止残留水分对铜箔的危害。

根据铜循处理速度的不同，烘干温度也就不同。

一般以不低于100℃为原则，也有达到200℃甚至300℃以上的。

原则上应完全彻底去除铜表面水分，又不能因温度过高而伤害铜箔。

(4) 溶液制备表面处理过程中的预处理、粗化、固化、镀异种金属、防氧化及涂膜工艺采用的溶液都有一个制备过程。

有的采用配制，有的需要采用溶铜方式。

这些溶液都需要独立的制备设备、净化设备及温度调节设备，这些作为表面处理工艺过程的配套条件是必不可少的。

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